溶接接合部

金属加工において、溶接ジョイントとは、2 つ以上の金属またはプラスチック片が接合される点または端のことです。これらは、特定の形状に従って 2 つ以上のワークピースを溶接することによって形成されます。アメリカ溶接協会では、突合せ、コーナー、エッジ、重ね、T の 5 種類のジョイントが定義されています。これらのタイプは、実際の溶接が行われるジョイントでさまざまな構成になる場合があります。

突合せ溶接は、接合する2つの金属片が同じ平面にある溶接です。^[1]これらの溶接には多少の準備のみが必要で、1回のパスで溶接できる薄い板金で使用されます。^[2]突合せ溶接を弱める一般的な問題は、スラグの巻き込み、過度の気孔、または割れです。強力な溶接の場合、目標は可能な限り少ない量の溶接材料を使用することです。突合せ溶接は、準備が比較的簡単なため、サブマージアーク溶接などの自動溶接プロセスで普及しています。^[3] 人間の指示なしに金属を溶接する場合、理想的でない接合部の準備を調整するオペレーターがいません。この必要性から、突合せ溶接は、その単純な設計により、自動溶接機に効率的に供給するために利用できます。

突合せ溶接には多くの種類がありますが、すべて、片側溶接突合せ継手、二重溶接突合せ継手、およびオープンまたはクローズド突合せ継手のいずれかのカテゴリに分類されます。片側溶接突合せ継手は、片側からのみ溶接された継手の名前です。二重溶接突合せ継手は、両側から溶接されたときに作成されます。二重溶接では、各溶接の深さがわずかに異なる場合があります。クローズド溶接は、溶接プロセス中に結合される 2 つのピースが接触するタイプの継手です。オープン溶接は、溶接プロセス中に 2 つのピースの間に小さな隙間があるタイプの継手です。

角溝は、2 つのピースが平らで互いに平行な突合せ溶接ジョイントです。このジョイントは準備が簡単で経済的であり、十分な強度が得られますが、ジョイントの厚さによって制限されます。閉じた角溝突合せ溶接は、ピース間に隙間がない角溝ジョイントの一種です。このジョイント タイプは、ガス溶接およびアーク溶接でよく使用されます。ジョイントが厚い場合、ジョイントの各メンバーのエッジを特定の形状に準備して、溶接へのアクセス性を確保し、必要な溶接の健全性と強度を確保する必要があります。ジョイントのルートの開口部またはギャップと溝の内角は、必要なアクセスを提供し、強度要件を満たすのに必要な溶接金属が最小限になるように選択する必要があります。角溝突合せジョイントには通常、厚さ 4.5 mm までの金属のみが使用されます。

シングル V 溶接はベベル ジョイントに似ていますが、片側だけにベベル エッジがあるのではなく、溶接ジョイントの両側がベベルになっています。厚い金属で、ワーク ピースの両側から溶接を実行できる場合は、ダブル V ジョイントが使用されます。厚い金属を溶接する場合、ダブル V ジョイントでは、幅の広いシングル V ジョイントに比べて 2 つの狭い V ジョイントがあるため、必要なフィラー材料が少なくなります。また、ダブル V ジョイントは、反り力を補正するのに役立ちます。シングル V ジョイントでは、V ジョイントが充填されると、応力によってピースが一方向に反る傾向がありますが、ダブル V ジョイントでは、材料の両側に溶接があり、反対の応力がかかって材料がまっすぐになります。

シングル J 突合せ溶接は、溶接片がJ型で、充填材が入りやすい形状で、もう片方が正方形になっている溶接です。J 溝は、特殊な切断機械を使用するか、接合端を J 型に研磨して形成します。J 溝は V 溝よりも準備が難しく、コストもかかりますが、厚さ 0.5 インチから 3/4 インチの金属に J 溝を 1 つ付けると、充填材が少なくて済む、より強力な溶接ができます。ダブル J 突合せ溶接は、片方の部分が両方向から見てJ型で、もう片方の部分が正方形になっています。

シングル U 突合せ溶接は、溶接面の両端が J のような形状ですが、接合すると U を形成します。ダブル U ジョイントは、準備されたジョイントの上部と下部の両方が U 形状になります。U ジョイントは、準備と溶接に最も費用がかかるエッジです。通常、V 溝の角度が極端に大きく、埋めるのに費用がかかりすぎる厚いベース メタルに使用されます。

T 字型溶接ジョイントは、2 本のバーまたはシートを互いに垂直にT 字型に接合して形成されます。この溶接は、抵抗突合せ溶接プロセスで行われます。押し出し溶接によって行うこともできます。通常、2 枚の平らなポリ片を互いに 90 度で溶接し、両側を 押し出し溶接します。

薄い板金は、エッジフランジ溶接やコーナーフランジ溶接を行うためにフランジ加工されることが多い。これらの溶接は、フランジが溶けて必要なフィラーをすべて提供するため、通常はフィラーメタルを追加せずに行われる。パイプやチューブは、材料のストリップ、シート、またはプレートを圧延して溶接することで作ることができる。^[4]

フレア溝継ぎ目は、平らな面に対するパイプなど、その形状により溶接に便利な溝を形成する金属の溶接に使用されます。

適切な溶接継手の選択は、使用する厚さとプロセスによって異なります。角溶接は、端面を準備する必要がないため、3/8 インチより薄いピースに最も経済的です。^[5] 二重溝溶接は、溶接材料と時間が少なくて済むため、厚いピースに最も経済的です。クローズドシングルベベル、クローズドシングル J、オープンシングル J、およびクローズドダブル J の突合せ継手では、溶融溶接が一般的に使用されます。ガス溶接とアーク溶接は、ダブルベベル、クローズドダブルベベル、オープンダブルベベル、シングルベベル、およびオープンシングルベベルの突合せ溶接に最適です。

以下に、さまざまなタイプの突合せ溶接の理想的な接合部の厚さを示します。突合せ溶接の厚さを定義する場合、薄い部分で測定され、溶接補強材は補正されません。

あ十字形ジョイントは、3枚の金属板を直角に溶接して4つの空間を形成する特殊なジョイントです。十字形ジョイントは、連続的に変化する荷重を受けると疲労します。[^6]

アメリカ船級協会の鋼船規則では、二重の障壁を必要とする2つの物質が対角線上の反対側の角にある場合、十字形の継ぎ目は二重の障壁とみなされることがある。二重の障壁は、油と海水、化学物質と飲料水などを分離するためにしばしば必要とされる。 ^[7]

一般的な溶接作業では、溶接面を準備して、可能な限り強力な溶接部を確保する必要があります。準備は、あらゆる溶接形式およびあらゆるタイプの接合部で必要です。一般に、突合せ溶接ではほとんど準備は必要ありませんが、最良の結果を得るには、ある程度の準備が必要です。突合せ接合部用にプレートの端を準備する方法はさまざまですが、最も一般的な 5 つの技法は、酸素アセチレン切断 (酸素燃料溶接および切断)、機械加工、チッピング、グラインディング、および空気炭素アーク切断またはガウジングです。各技法には、使用時に独自の利点があります。

鋼材の場合、酸素アセチレン切断が最も一般的な準備方法です。この技術は、スピード、低コスト、適応性に優れているため有利です。機械加工は、部品の再現性と大量生産に最も効果的です。J ジョイントまたは U ジョイントの準備は、高精度が求められるため、機械加工で行われるのが一般的です。チッピング法は、鋳造で製造された部品の準備に使用されます。研削による準備は、他の方法では準備できない小さなセクションにのみ使用されます。空気炭素アーク切断は、ステンレス鋼、鋳鉄、または通常の炭素鋼を扱う業界で一般的です。^[8]

異種材料を溶接する前に、溝の片面または両面にバターを塗ることができます。バターを塗る層は、フィラー金属と同じ合金でも、接合する 2 つの金属間の緩衝材として機能する異なるフィラー金属でもかまいません。

• AWS A03.0:「標準溶接用語と定義」
• ISO 9692:「溶接および関連プロセス。接合部の準備に関する推奨事項。」
• BS 499-2C: 「溶接用語と記号。チャート形式のヨーロッパのアーク溶接記号」

• すみ肉溶接
• 機械ジョイント